Universul timpuriu a avut o singură dimensiune spațială? Acesta este conceptul care ne gândește în centrul unei teorii pe care fizicianul Dejan Stojkovic de la Universitatea de la Buffalo și colegii au propus-o în 2010. Ei au sugerat că universul timpuriu - care a explodat dintr-un singur punct și a fost foarte, foarte mic la început - a fost o dimensională (ca o linie dreaptă) înainte de a se extinde pentru a include două dimensiuni (precum un plan) și apoi trei (precum lumea în care trăim astăzi).
Teoria, dacă este valabilă, ar aborda probleme importante în fizica particulelor.
Acum, într-o nouă lucrare din Physical Review Letters, Stojkovic și fizicianul Universității Loyola Marymount, Jonas Mureika, descriu un test care ar putea dovedi sau respinge ipoteza „dimensiunilor dispărute”.
Deoarece este nevoie de timp pentru ca lumina și alte valuri să călătorească pe Pământ, telescoapele care privesc spațiul pot, în esență, să privească în timp, în timp ce sondează atingerile exterioare ale universului.
Undele gravitaționale nu pot exista într-un spațiu cu două sau două dimensiuni. Așadar, Stojkovic și Mureika au motivat că Antena Spațială Interferometru Laser (LISA), un observator gravitațional internațional planificat, nu ar trebui să detecteze unde gravitaționale emanate din epocile de dimensiuni inferioare ale universului timpuriu.
Stojkovic, profesor asistent de fizică, spune că teoria dimensiunilor în evoluție reprezintă o schimbare radicală de la modul în care gândim despre cosmos - despre modul în care universul nostru a ajuns să fie.
Ideea de bază este că dimensionalitatea spațiului depinde de dimensiunea spațiului pe care îl observăm, cu spații mai mici asociate cu mai puține dimensiuni. Asta înseamnă că o a patra dimensiune se va deschide - dacă nu a fost deja - deoarece universul continuă să se extindă.
Teoria sugerează, de asemenea, că spațiul are mai puține dimensiuni la energii foarte mari de acest tip asociate cu universul timpuriu, post-mare.
Dacă Stojkovic și colegii săi au dreptate, ei vor ajuta la rezolvarea problemelor fundamentale cu modelul standard al fizicii particulelor, inclusiv următoarele:
Incompatibilitatea dintre mecanica cuantică și relativitatea generală. Mecanica cuantică și relativitatea generală sunt cadre matematice care descriu fizica universului. Mecanica cuantică este bună la descrierea universului la scări foarte mici, în timp ce relativitatea este bună la descrierea universului la scări mari. În prezent, cele două teorii sunt considerate incompatibile; dar dacă universul, la cele mai mici niveluri ale sale, ar avea mai puține dimensiuni, discrepanțele matematice între cele două cadre ar dispărea.
Fizicienii au observat că expansiunea universului se grăbește și nu știu de ce. Adăugarea de noi dimensiuni pe măsură ce universul crește ar explica această accelerație. (Stojkovic spune că o a patra dimensiune s-ar fi putut deschide deja la scări mari, cosmologice.)
Modelul standard al fizicii particulelor prezice existența unei particule elementare încă nedescoperite numită bosonul Higgs. Pentru ca ecuațiile din modelul standard să descrie cu exactitate fizica observată a lumii reale, cercetătorii trebuie să ajusteze în mod artificial masa bosonului Higgs pentru interacțiunile dintre particulele care au loc cu energii mari. Dacă spațiul are mai puține dimensiuni la energii mari, nevoia acestui tip de „reglare” dispare.
„Ceea ce ne propunem aici este o schimbare în paradigmă”, a spus Stojkovic. „Fizicienii s-au confruntat cu aceleași probleme timp de 10, 20, 30 de ani, iar extinderea simplă a ideilor existente este puțin probabil să le rezolve.”
"Trebuie să luăm în considerare posibilitatea ca ceva să nu fie sistematic în neregulă cu ideile noastre", a continuat el. „Avem nevoie de ceva radical și nou, iar acest lucru este ceva radical și nou.”
Deoarece desfășurarea planificată a LISA este încă de ani de zile, este posibil să treacă mult timp până când Stojkovic și colegii săi să poată testa ideile lor în acest fel.
Cu toate acestea, unele dovezi experimentale indică deja existența posibilă a spațiului cu dimensiuni inferioare.
Mai exact, oamenii de știință au observat că principalul flux de energie al particulelor de raze cosmice cu energii care depășesc 1 teraelectron volt - genul de energie mare asociată universului foarte timpuriu - sunt aliniate de-a lungul unui plan bidimensional.
Dacă energiile mari corespund spațiului cu dimensiuni inferioare, așa cum propune teoria „dimensiunilor dispărute”, cercetătorii care lucrează cu acceleratorul de particule de coliziune de Hadroni mari din Europa ar trebui să vadă împrăștierea planară la astfel de energii.
Stojkovic spune că observarea unor astfel de evenimente ar fi „un test extrem de interesant și independent al ideilor noastre propuse”.
Surse: EurekAlert, scrisori de revizuire fizică.
